EP1450087A2 - Elektromagnetisches Ventil - Google Patents

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EP1450087A2
EP1450087A2 EP04003607A EP04003607A EP1450087A2 EP 1450087 A2 EP1450087 A2 EP 1450087A2 EP 04003607 A EP04003607 A EP 04003607A EP 04003607 A EP04003607 A EP 04003607A EP 1450087 A2 EP1450087 A2 EP 1450087A2
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EP
European Patent Office
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valve
valve according
magnets
valve seat
valve housing
Prior art date
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EP04003607A
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English (en)
French (fr)
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EP1450087A3 (de
EP1450087B1 (de
Inventor
Harald Schrott
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Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1450087A2 publication Critical patent/EP1450087A2/de
Priority to CA002497243A priority Critical patent/CA2497243C/en
Publication of EP1450087A3 publication Critical patent/EP1450087A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1450087B1 publication Critical patent/EP1450087B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0655—Lift valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0651—One-way valve the fluid passing through the solenoid coil

Definitions

  • the invention relates to a valve according to the preamble of Claim 1.
  • Valves are diverse in the most varied Household machines used. For example Water channels in coffee machines via such valves connected.
  • valves are already known in the trade become where a valve body with a sealing element is made of resilient elastomer. The valve body is moved back and forth between two pole pieces and in its respective end position held by a magnetic field.
  • Valves are known from other applications which are characterized by the Use of permanent magnets are bistable, i.e. the Control coil only needs to change the switching state be pulsed with current (see e.g. DE 199 22 089).
  • compliant sealing material such as one Elastomer
  • the object of the invention is to provide a valve for fluid lines, especially for a household machine according to the preamble of claim 1 to propose, in which with comparative low contact pressure a long-lasting sealing function is guaranteed.
  • This task is based on a valve after the Preamble of claim 1 by its characterizing Features solved.
  • valve according to the invention with a at least partially within an electromagnetic Coil located valve housing and with at least two Poles made of magnetizable material provided between them an at least partially magnetic or magnetizable Valve body is arranged movably, at least one Fluid line is guided through a pole and in one annular protruding valve seat opens.
  • the valve body here comprises an area made of flexible Sealing material, in particular elastomer, for sealing Form fit is provided on the valve seat.
  • a valve according to the invention is now characterized characterized that outside the annular valve seat a stop surface is provided for the valve body and that between the valve seat and the stop surface Recess, preferably in the form of an annular groove, for receiving of deformed by the pressure on the valve seat Sealing material is provided.
  • the stop surface for the valve body limits the path of the Valve body and thus the contact pressure with which the Sealing material is pressed onto the valve seat.
  • the Indentation or the annular groove that surrounds the valve seat is provided, also allows the inclusion of sealing material deformable by the contact pressure.
  • the Sealing material finds an escape space in which it can Contact pressure can evade, so that the pressure within the Material is limited.
  • the sealing material can be in the valve body Insert are formed or directly in the pour the valve body into a corresponding recess become.
  • the sealing material is advantageously so arranged in the valve body that it is flush with Counter stop surface of the valve body completes what the The consequence is that when the valve body stops with the Counter stop surface on the stop surface of the corresponding Pols one with the exception of the valve seat essentially closed space results, on the contour of which the resilient sealing material has to adapt.
  • the assembly is designed for example due to lack of space or an equivalent Cable routing of the connections difficult.
  • the assembly is therefore in a further development of the invention the valve body designed so that it is within the Coil can rotate.
  • the connection of the Valve can be made much more flexible. So can for example, with the valve permanently attached to the coil Making the electrical connections can be rotated. It can also be a connection, for example by a Screwing on a fixed thread Be manufactured that the valve body with fixed Coil is rotated.
  • an angled connection on Valve housing can change the connection direction by turning can be chosen arbitrarily.
  • a turning aid is preferably provided, for example on the outer circumference in the form of two plane-parallel key surfaces for the approach of a Fork wrench can serve.
  • valve housing at least partially rotationally symmetrical, in particular as Cylinder tube is formed.
  • Cylinder tube A rotationally symmetrical
  • the design simplifies the rotatable storage within the Coil, the design as a cylinder tube Using commercially available pipe pieces enables, which Manufacturing effort is significantly reduced.
  • pole shoes with Fluid lines are provided.
  • the pole pieces can flat, for example with a cylindrical surface on the Valve housing, created and firmly connected there, for example pressed, soldered, welded or glued become.
  • the valve chamber i.e. the area between the pole pieces within which the valve body is movable is sealed, with the fluid supply or discharge through the line provided in the pole pieces are realized.
  • Pole shoes designed to come out of the valve body protrude from the front. This enables the immediate Connection of the pole shoes with yoke plates or other Elements for inference of the magnetic field.
  • the Pole shoes with the line connections for the fluid supply or removal.
  • the direct connection of the Fluid supply or discharge to the pole shoes in turn enables it to make the valve housing shorter.
  • valve housing can extend to the length of the coil can be shortened, which fixes the valve housing in axial direction possible by appropriate fixing elements is the outside of the control coil.
  • this form of training is at least one yoke plate for fixing the valve housing used that at the same time for the conclusion of the magnetic field is provided.
  • a yoke sheet is preferred attached to the front of the control coil to minimize as much Air gaps open for the passage of the magnetic field to let.
  • a guide element outside the Valve housing provided.
  • a guide element serves to do this, the valve housing inside the control coil in a radial To fix direction.
  • such Guide element designed as a sleeve, so that Valve housing is guided continuously on the circumference.
  • the invention Valve bistable by means of at least one permanent magnet executed so that only one control pulse for switching must take place through the control coil, the respective Switching state is also kept currentless.
  • two Guide elements provided that the or Enclose permanent magnets between them.
  • the magnets on the one hand on the valve housing add and on the other hand via the guide elements in the To fix inside the control coil.
  • the magnets For example, designed as ring magnets, they can be in radial direction on the one hand through the valve housing as well on the other hand through the control coil and in the axial direction over the two guide sleeves through the outside, after Possibility of existing components, e.g. through a Yoke sheet to be fixed. Further fastening measures so there is no need.
  • Excluding manufacturing tolerances can be a special Embodiment provided an additional compensating element become.
  • Insert in particular made of flexible material, or a Adhesive material for fixing the permanent magnets. That too Introducing curable casting material can be used as compensation be used for manufacturing tolerances to the Permanent magnets reliable even with the switching operations of the To fix the valve.
  • the Permanent magnets made of deformable material, so that they can be joined together under pressure.
  • plastic-bound ones Permanent magnets that are already commercially available.
  • magnets Another way to get a magnetic movement during the Suppress switching, is the magnets to be provided with deformable projections which are inserted and compression by outer guide sleeves Clamp the magnets firmly.
  • Valve In addition to use in household machines, such as Coffee machines or the like is an inventive Valve also in other areas, e.g. in the field of Analytics or in general in the field of pharmaceutical and chemical plants can be used.
  • the valve 1 according to FIG. 1 comprises a control coil 2, in whose interior is a valve housing 3 in the form of a Pipe piece is located.
  • a valve housing 3 in the form of a Pipe piece is located.
  • Valve housing 3 connected, for example soldered, pressed, welded, glued, etc.
  • the valve housing 3 ends flush with the control coil 2.
  • valve housing 3 is rotatable inside the control coil 2 stored.
  • a valve body 13 is in the direction of the double arrow P. slidable in the through the pole pieces 4, 5 and that Valve housing 3 formed valve chamber 14 is arranged.
  • the Valve body 13 comprises a sealing element 15, which in a poured corresponding recess of the valve body 13 is.
  • On the free side 16 of the valve body 13 is recognizable that the sealing element 15 is flush with the Valve body 13 ends.
  • the sealing element On the opposite side is the sealing element is designed accordingly in the present position, however, as described below is deformed.
  • a fluid line 18 opens into the sealing seat 17, to which in turn an outside line is connected can be.
  • a hose is the protruding area of the pole piece 5 as a hose nozzle 19 educated. A hose can be pushed over the bead 20 and in the cylindrical region 21 behind the bead 20 ' be clamped using a clamping ring.
  • the pole piece 4 also comprises a fluid line 22 which is shown in FIG axial direction and in a right angle to it standing bore 23 opens.
  • This bore 23 serves the Flow in the direction of the inner circumference of the valve housing 3 steer since there outside the valve body 13 in the axial Direction the flow through the valve chamber 14 takes place.
  • the Valve body 13 is not directly on the face flowed so that its mobility through the Fluid flow is less affected.
  • the arrangement of the holes at right angles to each other 22, 23, which are easily drilled from the outside into the pole piece 4 can is particularly advantageous for production.
  • the pole piece 5 is shown in the enlarged view Figure 2 can be seen more clearly.
  • the sealing seat 17 is in shape an annular projection formed. Inside the sealing seat 17 this passes into the wall 25 of the bore 26, through which opens the fluid line 18 at the valve seat 17. Outside of the valve seat 17, a stop surface 27 is provided which the valve body 13 can strike.
  • valve seat 17 and Stop surface 27 are in the enlargement according to FIG Shown individually.
  • the annular valve seat 17 moves along a radius 28 into the wall 25 of the bore 26.
  • a bevel 29 is attached, which over the Height of the stop surface 27 in an annular groove 30th transforms.
  • the annular groove 30 is of crucial importance.
  • the sealing element 15 deforms accordingly from resilient material, for example an elastomer. In the area of the bore 26 can the material therefore hugs the radius 28 and inside avoid the bore 26.
  • the material lies on the Bevel 29 and dips into the annular groove 30.
  • the Ring groove 30 is dimensioned so that it displaces the Material through the projecting valve seat 17 at least partially compensated. Through this compensation volume the pressure inside the sealing element 15, which by the Contact pressure of the valve body 13 on the stop surface 27 is caused. Despite this reduction in pressure acting on the sealing material is reliable sealing form fit between the sealing element 15 and the Valve seat 17 ensures, however, the wear is significantly reduced.
  • the valve body itself is, as shown in FIG. 5 recognizable, rotationally symmetrical with equally distributed ribs 31 and intermediate channels 32.
  • ribs 31 is a guide on the inside of the valve housing 3 ensures free flow through channels 32 of the fluid is guaranteed.
  • This structure enables the outside flow around the valve body, so that inner Fluid guides are not required, while the Guide surface of the valve body 13 on the contact surfaces 33 the ribs 31 is reduced, whereby the friction in the Movement of the valve body 13 is significantly reduced.
  • a bore 34 in the interior of the valve body 13 with end widenings 35, 36 serve to accommodate the Sealing element 15.
  • the sealing element 15 is in the bore 34th inserted, for example, poured in so that it is flush ends with the end faces 37, 38 of the valve body 13.
  • valve body 13 This is formed by the widenings 35, 36 Sealing element fixed in the axial direction in the valve body 13. Due to the symmetrical structure, a such valve body 13 can also be used in valves, in which a valve seat on both sides of the valve body 13 attached and accordingly a sealing function on both sides of the valve body 13 is required.
  • annular groove 30 which in the illustration according to FIG. 1 only because of the small dimensions as clearly as can be seen in FIG. 5, are unnecessary in Connection to the stop surface 27 complex measures such as a spring bearing or the like, to limit the contact pressure around the sealing element 15 to protect.
  • valve housing 3 together with the pole pieces 4, 5 rotatably mounted inside the control coil, whereby the Assembly of the valve 1 is considerably simplified.
  • the positive arrangement of the guide sleeves 6, 7 and Magnets 8, 9 also ensures an extreme quiet operation.
  • FIGS. 6 and 7 differs different design of the valve body 39.
  • Die central bore 40 is in this embodiment in Ratio to the total diameter of the valve body 39 wider executed.
  • the punctures 41, 42 are arranged in the vicinity of the end faces 44, 45.
  • a valve according to the invention is extremely small Assemble number of different parts so that the Overall production with significantly reduced effort compared to previous valves.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Ventil zum Schalten einer Fluidleitung, insbesondere für wasserführende Haushaltsmaschinen, wie Kaffeemaschinen oder dergleichen, vorgeschlagen, das ein wenigstens teilweise innerhalb einer elektromagnetischen Spule (2) befindliches Ventilgehäuse (3), wenigstens zwei Pole (4,5) aus magnetisierbarem Material und wenigstens einen teilweise magnetischen oder magnetisierbaren, zwischen den Polen beweglich angeordneten Ventilkörper (13) aufweist. Wenigstens eine Fluidleitung (18) ist hierbei durch einen Pol geführt und mündet in einem ringförmig vorstehenden Ventilsitz (17) aus, wobei der Ventilkörper einen Bereich (15) aus nachgiebigem Dichtmaterial zum dichtenden Formschluss am Ventilsitz aufweist. Das erfindungsgemäße Ventil soll mit vergleichsweise geringem Anpressdruck eine langlebige Dichtfunktion gewährleisten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass außerhalb des ringförmigen Ventilsitzes (17) eine Anschlagfläche (27) und zwischen dem Ventilsitz (17) und der Anschlagfläche (27) eine Vertiefung (30) zur Aufnahme von durch den Anpressdruck auf den Ventilsitz (17) verformtes Dichtmaterial vorgesehen ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ventile werden vielfältig in den verschiedensten Haushaltsmaschinen eingesetzt. So werden beispielsweise wasserführungen in Kaffeemaschinen über derartige Ventile geschaltet. Hierbei sind im Handel bereits Ventile bekannt geworden, bei denen ein Ventilkörper mit einem Dichtelement aus nachgiebigem Elastomer versehen wird. Der Ventilkörper wird zwischen zwei Polschuhen hin und her bewegt und in seiner jeweiligen Endposition durch ein Magnetfeld gehalten.
Aus anderen Anwendungen sind Ventile bekannt, die durch die Verwendung von Permanentmagneten bistabil sind, d.h. die Steuerspule muss lediglich zum Wechseln des Schaltzustands impulsartig mit Strom beaufschlagt werden (vgl. z.B. DE 199 22 089).
Die Verwendung von nachgiebigem Dichtmaterial, wie einem Elastomer, bringt gewisse Anforderungen an die Ventilkonstruktion mit sich. So wird das Dichtmaterial durch die vielfache Betätigung während der Lebensdauer des Ventils aufgrund des Anpressdrucks auf den entsprechenden Ventilsitz einem Verschleiß unterworfen, wodurch die Dichtfunktion nach einer gewissen Anzahl von Betätigungen Schaden nehmen kann.
Aus diesem Grund wurden zur genauen Einstellung des Anpressdrucks bereits federgelagerte Elastomerdichtungen vorgesehen, um den Anpressdruck weitgehend gleichmäßig zu dosieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil für Fluidleitungen, insbesondere für eine Haushaltsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzuschlagen, bei dem mit vergleichsweise geringem Anpressdruck eine langlebige Dichtfunktion gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Dementsprechend wird das erfindungsgemäße Ventil mit einem wenigstens teilweise innerhalb einer elektromagnetischen Spule befindlichen Ventilgehäuse und mit wenigstens zwei Polen aus magnetisierbarem Material versehen, zwischen denen ein wenigstens teilweise magnetischer oder magnetisierbarer Ventilkörper beweglich angeordnet ist, wobei wenigstens eine Fluidleitung durch einen Pol geführt ist und in einem ringförmig vorstehenden Ventilsitz ausmündet. Der Ventilkörper umfasst hierbei einen Bereich aus nachgiebigem Dichtmaterial, insbesondere Elastomer, der zum dichtenden Formschluss am Ventilsitz vorgesehen ist.
Ein erfindungsgemäßes Ventil ist nunmehr dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des ringförmigen Ventilsitzes eine Anschlagfläche für den Ventilkörper vorgesehen ist und dass zwischen dem Ventilsitz und der Anschlagfläche eine Vertiefung, vorzugsweise in Form einer Ringnut, zur Aufnahme von durch den Anpressdruck auf den Ventilsitz verformtem Dichtmaterial vorgesehen ist.
Die Anschlagfläche für den Ventilkörper begrenzt den Weg des Ventilkörpers und somit den Anpressdruck, mit dem das Dichtmaterial auf den Ventilsitz gedrückt wird. Die Vertiefung oder die Ringnut, die um den Ventilsitz herum vorgesehen ist, ermöglicht darüber hinaus die Aufnahme von durch den Anpressdruck verformbarem Dichtmaterial. Das Dichtmaterial findet darin einen Ausweichraum, in das es dem Anpressdruck ausweichen kann, so dass der Druck innerhalb des Materials begrenzt ist. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist im Vergleich mit bisherigen Ausführungen, insbesondere mit federgelagerten Dichtelementen, erheblich weniger aufwendig in der Fertigung, ohne dass die Lebensdauer der Dichtfunktion beeinträchtigt ist.
Das Dichtmaterial kann im Ventilkörper hierbei als Einlegeteil ausgebildet werden oder aber unmittelbar in den ventilkörper in eine entsprechende Ausnehmung vergossen werden. Vorteilhafterweise wird hierbei das Dichtmaterial so im Ventilkörper angeordnet, dass es bündig mit Gegenanschlagfläche des Ventilkörpers abschließt, was zur Folge hat, dass sich beim Anschlag des Ventilkörpers mit der Gegenanschlagfläche auf der Anschlagfläche des entsprechenden Pols ein mit Ausnahme des Ventilsitzes im Wesentlichen geschlossener Raum ergibt, an dessen Kontur sich das nachgiebige Dichtmaterial anzupassen hat.
Bei vielen Anwendungen, insbesondere beim Einsatz in einer Kaffeemaschine, gestaltet sich die Montage beispielsweise aufgrund von Platzmangel oder einer entsprechenden Leitungsführung der Anschlüsse schwierig. Zur Vereinfachung der Montage wird daher in einer Weiterbildung der Erfindung das Ventilgehäuse so ausgeführt, dass es sich innerhalb der Spule drehen kann. Auf diese Weise kann der Anschluss des Ventils wesentlich flexibler vorgenommen werden. So kann beispielsweise bei fest montiertem Ventil die Spule zur Herstellung der elektrischen Anschlüsse gedreht werden. Es kann jedoch auch ein Anschluss, beispielsweise durch eine Verschraubung an einem feststehenden Gewinde dadurch hergestellt werden, dass das ventilgehäuse bei feststehender Spule gedreht wird. Im Falle eines gewinkelten Anschlusses am Ventilgehäuse kann die Anschlussrichtung durch Drehen beliebig gewählt werden.
Die vorgenannten Vorteile eines drehbaren Ventilgehäuses sind ohne weiteres auch ohne die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventilsitzes und seiner Umgebung gemäß Anspruch 1 zu erzielen. Die drehbare Ausführungsform des Ventilgehäuses stellt demnach eine eigenständige Erfindung dar, die darüber hinaus unabhängig von Anspruch 1 durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen weitergebildet werden kann.
Um das Ventilgehäuse gegenüber der Steuerspule oder umgekehrt zu verdrehen, wird vorzugsweise eine Drehhilfe vorgesehen, die beispielsweise am Außenumfang in Form zweier planparallelen Schlüsselflächen zum Ansatz eines Gabelschlüssels dienen können.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird diese drehbare Ausführung dadurch verwirklicht, dass das Ventilgehäuse wenigstens teilweise drehsymmetrisch, insbesondere als Zylinderrohr ausgebildet ist. Eine drehsymmetrische Ausführung vereinfacht die drehbare Lagerung innerhalb der Spule, wobei die Ausgestaltung als Zylinderrohr die Verwendung handelsüblicher Rohrstücke ermöglicht, wodurch der Aufwand in der Fertigung deutlich reduziert wird.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn beide Polschuhe mit Fluidleitungen versehen werden. In diesem Fall ist der Einsatz der Polschuhe und deren Abdichtung gegenüber dem Ventilgehäuse erheblich vereinfacht. Die Polschuhe können flächig, beispielsweise mit einer Zylindermantelfläche an dem Ventilgehäuse, angelegt und dort fest verbunden, beispielsweise verpresst, verlötet, verschweißt oder verklebt werden. Somit ist die Ventilkammer, d.h. der Bereich zwischen den Polschuhen, innerhalb dessen der Ventilkörper beweglich ist, abgedichtet, wobei die Fluidzufuhr bzw. -abfuhr durch die in den Polschuhen vorgesehene Leitung realisiert sind.
Weiterhin werden in einer besonderen Ausführungsform die Polschuhe so ausgebildet, dass sie aus dem Ventilgehäuse stirnseitig herausragen. Dies ermöglicht die unmittelbare Verbindung der Polschuhe mit Jochblechen oder sonstigen Elementen zum Rückschluss des Magnetfeldes.
Darüber hinaus können in einer solchen Ausführungsform die Polschuhe mit den Leitungsanschlüssen für die Fluidzufuhr bzw. -abfuhr versehen werden. Der direkte Anschluss der Fluidzufuhr bzw. -abfuhr an die Polschuhe wiederum ermöglicht es, das Ventilgehäuse kürzer auszubilden.
Insbesondere kann das Ventilgehäuse auf die Länge der Spule gekürzt werden, wodurch eine Fixierung des Ventilgehäuses in axialer Richtung durch entsprechende Fixierelemente möglich ist, die sich außen stirnseitig an die Steuerspule anlegen.
In einer besonderen Weiterbildung dieser Ausbildungsform wird für die Fixierung des Ventilgehäuses wenigstens ein Jochblech verwendet, das zugleich für den Rückschluss des Magnetfelds vorgesehen ist. Ein solches Jochblech wird vorzugsweise stirnseitig an die Steuerspule angefügt, um möglichst wenig Luftspalte für den Durchtritt des Magnetfeldes offen zu lassen.
Darüber hinaus wird durch eine Fixierung des Ventilgehäuses innerhalb der Steuerspule mittels eines ohnehin vorhandenen Jochblechs die Anzahl der Teile reduziert und die Montage erheblich vereinfacht.
Vorzugsweise wird weiterhin ein Führungselement außerhalb des Ventilgehäuses vorgesehen. Ein solches Führungselement dient dazu, das Ventilgehäuse im Innern der Steuerspule in radialer Richtung zu fixieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein solches Führungselement als Hülse ausgebildet, so dass das Ventilgehäuse umfangsseitig durchgehend geführt wird.
In einer besonderen Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Ventil mittels wenigstens einem Permanentmagneten bistabil ausgeführt, so dass zum Schalten lediglich ein Steuerimpuls durch die Steuerspule erfolgen muss, der jeweilige Schaltzustand jedoch auch stromlos gehalten wird.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird zudem der bzw. die Permanentmagnete mittels des Führungselementes im Innern der Spule fixiert. Durch diese Mehrfachfunktion des Führungselementes wird wiederum der Aufwand für die Fertigung des Ventils vereinfacht.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform werden zwei Führungselemente vorgesehen, die den bzw. die Permanentmagnete zwischen sich einschließen. Auf diese Weise ist es möglich, die Magnete einerseits am Ventilgehäuse anzufügen und andererseits über die Führungselemente im Innern der Steuerspule zu fixieren. Werden die Magnete beispielsweise als Ringmagnete ausgeführt, so können diese in radialer Richtung einerseits durch das Ventilgehäuse sowie andererseits durch die Steuerspule und in axialer Richtung über die zwei Führungshülsen durch außen liegende, nach Möglichkeit ohnehin vorhandene Bauelemente, z.B. durch ein Jochblech, fixiert werden. Weitere Befestigungsmaßnahmen erübrigen sich demnach.
Insbesondere kann wie im Falle der Verwendung eines Jochbleches für die Fixierung der Führungshülsen das gleiche Fixierelement wie zur Fixierung des Ventilgehäuses verwendet werden.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der bzw. die Magnete und das bzw. die Führungselemente formschlüssig aneinander gefügt werden. Auf diese Weise wird eine Magnetbewegung beim Schalten des Ventils und damit auch die durch eine solche Magnetbewegung verursachte Geräuschentwicklung unterbunden. Eine Geräuschentwicklung wird vor allem bei der Verwendung in Haushaltsgeräten als Störung empfunden und ist daher unerwünscht.
Um eine solche Bewegung auch bei größeren Fertigungstoleranzen auszuschließen, kann in einer besonderen Ausführungsform ein zusätzliches Ausgleichselement vorgesehen werden. In Frage kommt hierbei beispielsweise ein Einlegeteil, insbesondere aus nachgiebigem Material, oder ein Klebematerial zur Fixierung der Permanentmagnete. Auch das Einbringen von aushärtbarem Gießmaterial kann als Ausgleich für Fertigungstoleranzen herangezogen werden, um den bzw. die Permanentmagnete zuverlässig auch bei den Schaltvorgängen des Ventils zu fixieren.
In einer anderen Ausführungsform werden der bzw. die Permanentmagnete aus verformbarem Material gebildet, so dass sie unter Druck aneinander gefügt werden können. In Frage kommen hierzu sogenannte kunststoffgebundene Permanentmagnete, die bereits im Handel erhältlich sind.
Eine weitere Möglichkeit, eine Magnetbewegung während des Schaltvorgangs zu unterdrücken, besteht darin, die Magnete mit verformbaren Vorsprüngen zu versehen, die beim Einlegen und Zusammendrücken durch äußere Führungshülsen den bzw. die Magnete fest einspannen.
Neben der Anwendung in Haushaltsmaschinen, wie Kaffeemaschinen oder dergleichen ist ein erfindungsgemäßes Ventil auch in anderen Bereichen, z.B. im Bereich der Analytik oder allgemein im Bereich pharmazeutischer und chemischer Anlagen einsetzbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
Figur 1
einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,
Figur 2
einen Längsschnitt durch den Pol mit Ventilsitz,
Figur 3
eine Ausschnittvergrößerung des Ventilsitzes,
Figur 4
einen Längsschnitt durch den Ventilkörper,
Figur 5
eine Stirnansicht des Ventilkörpers gemäß Figur 4,
Figur 6
einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils und
Figur 7
einen Längsschnitt durch den Ventilkörper gemäß der Ausführung nach Figur 6.
Das Ventil 1 gemäß Figur 1 umfasst eine Steuerspule 2, in deren Innern sich ein Ventilgehäuse 3 in Form eines Rohrstücks befindet. In das Ventilgehäuse 3 sind zwei Pole oder Polschuhe 4, 5 eingesetzt und dort dichtend mit dem Ventilgehäuse 3 verbunden, beispielsweise verlötet, verpresst, verschweißt, verklebt, usw.. Wie anhand von Figur 1 unschwer erkennbar ist, endet das Ventilgehäuse 3 bündig mit der Steuerspule 2.
Außerhalb des Ventilgehäuses 3, aber innerhalb der Steuerspule 2 sind zwei Führungshülsen 6, 7 angeordnet, die zwischen sich zwei Ringmagnete 8, 9 einschließen. Die Ringmagnete 8, 9 sowie die Führungshülsen 6, 7 sind formschlüssig aneinander gelegt und so dimensioniert, dass die Führungshülsen 6, 7 ebenfalls bündig mit der Steuerspule 2 enden. Sowohl das Ventilgehäuse 3 als auch die Führungshülsen 6, 7 und somit die Ringmagnete 8, 9 sind durch ein oder zwei außen die Steuerspule 2 umgreifende Jochbleche 10 in den der Spulenöffnung gegenüberliegenden Bereichen fixiert. Die Polschuhe 4, 5 durchsetzen entsprechende Öffnungen in den Bereichen 11, 12 des bzw. der Jochbleche 10. Durch diesen Aufbau ist das Ventilgehäuse 3 drehbar im Innern der Steuerspule 2 gelagert.
Ein Ventilkörper 13 ist in Richtung des Doppelpfeils P verschiebbar in der durch die Polschuhe 4, 5 sowie das Ventilgehäuse 3 gebildeten Ventilkammer 14 angeordnet. Der Ventilkörper 13 umfasst ein Dichtelement 15, das in eine entsprechende Ausnehmung des Ventilkörpers 13 eingegossen ist. An der freien Seite 16 des Ventilkörpers 13 ist erkennbar, dass das Dichtelement 15 bündig mit dem Ventilkörper 13 endet. Auf der gegenüberliegenden Seite ist das Dichtelement entsprechend ausgebildet, in der vorliegenden Stellung jedoch, wie nachfolgend beschrieben wird, verformt.
Vorliegend ist nur ein Dichtsitz 17 an dem Polschuh 5 angebracht. In den Dichtsitz 17 mündet eine Fluidleitung 18, an die ihrerseits eine außenseitige Leitung angeschlossen werden kann. Zum Anschluss eines Schlauches ist der überstehende Bereich des Polschuhs 5 als Schlauchtülle 19 ausgebildet. Über den Wulst 20 kann ein Schlauch aufgeschoben und in dem zylindrischen Bereich 21 hinter dem Wulst 20' mittels eines Klemmrings verspannt werden.
Der Polschuh 4 umfasst ebenfalls eine Fluidleitung 22, die in axialer Richtung verläuft und in eine rechtwinklig dazu stehende Bohrung 23 mündet. Diese Bohrung 23 dient dazu, die Strömung in Richtung des Innenumfangs des Ventilgehäuses 3 zu lenken, da dort außerhalb des Ventilkörpers 13 in axialer Richtung die Strömung durch die Ventilkammer 14 erfolgt. Der Ventilkörper 13 wird nicht unmittelbar stirnseitig angeströmt, so dass dessen Beweglichkeit durch die Fluidströmung weniger beeinträchtigt wird.
Die Anordnung der rechtwinklig zueinander stehenden Bohrungen 22, 23, die leicht von außen in den Polschuh 4 gebohrt werden können, ist besonders vorteilhaft für die Fertigung.
Außenseitig ist an dem Polschuh 4 ein Außengewinde 24 angebracht, so dass der Fluidanschluss auf dieser Seite durch eine Verschraubung herzustellen ist.
Der Polschuh 5 ist in der vergrößerten Darstellung gemäß Figur 2 deutlicher erkennbar. Der Dichtsitz 17 ist in Form eines Ringvorsprungs ausgebildet. Innerhalb des Dichtsitzes 17 geht dieser in die Wandung 25 der Bohrung 26 über, durch die die Fluidleitung 18 am Ventilsitz 17 ausmündet. Außerhalb des Ventilsitzes 17 ist eine Anschlagfläche 27 vorgesehen, an der der Ventilkörper 13 anschlagen kann.
Der Übergangsbereich zwischen Ventilsitz 17 und Anschlagfläche 27 ist in der Vergrößerung gemäß Figur 3 im Einzelnen dargestellt. Der ringförmige Ventilsitz 17 geht mit einem Radius 28 in die Wandung 25 der Bohrung 26 über. Nach außen hin ist eine Abschrägung 29 angebracht, die über die Höhe der Anschlagfläche 27 hinaus in eine Ringnut 30 übergeht.
Der Ringnut 30 kommt eine entscheidende Bedeutung zu. Beim Anpressen des Ventilkörpers 13 auf den Polschuh 5, wie in Figur 1 gezeigt, verformt sich das Dichtelement 15, das dementsprechend aus nachgiebigem Material, beispielsweise einem Elastomer, besteht. Im Bereich der Bohrung 26 kann sich das Material daher dem Radius 28 anschmiegen und ins Innere der Bohrung 26 ausweichen.
Außerhalb des Ventilsitzes 17 legt sich das Material an die Abschrägung 29 an und taucht in die Ringnut 30 ein. Die Ringnut 30 ist so dimensioniert, dass sie die Verdrängung des Materials durch den vorspringenden Ventilsitz 17 wenigstens teilweise kompensiert. Durch dieses Ausgleichsvolumen wird der Druck im Innern des Dichtelementes 15, der durch den Anpressdruck des Ventilkörpers 13 auf die Anschlagfläche 27 hervorgerufen wird, beschränkt. Trotz dieser Reduzierung des auf das Dichtmaterial wirkenden Drucks ist ein zuverlässig dichtender Formschluss zwischen dem Dichtelement 15 und dem Ventilsitz 17 gewährleistet, wobei jedoch der Verschleiß erheblich reduziert wird.
Der Ventilkörper selbst ist, wie anhand von Figur 5 erkennbar, drehsymmetrisch mit gleich verteilten Rippen 31 und dazwischen liegenden Kanälen 32 versehen. Mit den Rippen 31 ist eine Führung an der Innenseite des Ventilgehäuses 3 gewährleistet, während durch die Kanäle 32 die freie Strömung des Fluids gewährleistet ist. Dieser Aufbau ermöglicht die außenseitige Umströmung des Ventilkörpers, so dass innere Fluidführungen nicht erforderlich sind, wobei zugleich die Führungsfläche des Ventilkörpers 13 auf die Kontaktflächen 33 der Rippen 31 reduziert ist, wodurch die Reibung bei der Bewegung des Ventilkörpers 13 deutlich vermindert wird.
Eine Bohrung 34 im Innern des Ventilkörpers 13 mit endseitigen Verbreiterungen 35, 36 dienen zur Aufnahme des Dichtelementes 15. Das Dichtelement 15 wird in die Bohrung 34 so eingebracht, beispielsweise eingegossen, dass es bündig mit den Stirnseiten 37, 38 des Ventilkörpers 13 endet.
Durch die Verbreiterungen 35, 36 ist das so gebildete Dichtelement in axialer Richtung im Ventilkörper 13 fixiert. Durch den symmetrischen Aufbau kann darüber hinaus ein solcher Ventilkörper 13 auch in Ventilen Verwendung finden, bei denen beidseits des Ventilkörpers 13 ein Ventilsitz angebracht und dementsprechend beidseits eine Dichtfunktion des Ventilkörpers 13 erforderlich ist.
Durch die erfindungsgemäße Ringnut 30, die in der Darstellung gemäß Figur 1 nur aufgrund der kleinen Dimensionierung nicht so deutlich wie in Figur 5 erkennbar ist, erübrigen sich in Verbindung mit der Anschlagfläche 27 aufwendige Maßnahmen, wie beispielsweise eine federnde Lagerung oder dergleichen, zur Einschränkung des Anpressdrucks, um das Dichtelement 15 zu schonen.
Darüber hinaus ist das Ventilgehäuse 3 mitsamt den Polschuhen 4, 5 im Innern der Steuerspule drehbar gelagert, wodurch die Montage des Ventils 1 erheblich vereinfacht wird. Durch die komplette Anordnung des Ventils im Wesentlichen innerhalb der Steuerspule ergibt sich eine insgesamt kompakte Bauform. Die formschlüssige Anordnung der Führungshülsen 6, 7 sowie der Magnete 8, 9 sorgt darüber hinaus für einen äußerst geräuscharmen Betrieb.
Die Ausführungsform gemäß den Figuren 6 und 7 unterscheidet sich durch eine andere Gestaltung des Ventilkörpers 39. Die zentrale Bohrung 40 ist in dieser Ausführungsform im Verhältnis zum Gesamtdurchmesser des Ventilkörpers 39 breiter ausgeführt. Darüber hinaus sind zwei innere Einstiche 41, 42 in die Wandung 43 der Bohrung 40 eingearbeitet. Die Einstiche 41, 42 sind in der Nähe der Stirnseiten 44, 45 angeordnet.
Dies hat zur Folge, dass das entsprechend ausgebildete Dichtelement 46 beim Abheben von dem Ventil 17 auch bei höheren Drücken weniger Verformungen ausgesetzt ist.
Bei einer Ausgestaltung des Ventilkörpers gemäß Figur 4 mit der vergleichsweise schmalen zentralen Bohrung 34 und der an der gegenüberliegenden Stirnseite bestehenden Verankerung durch die Verbreiterung 36 besteht insbesondere bei Verwendung eines entsprechend weichen Elastomers für das Dichtelement die Gefahr, dass sich beim Abheben vom Ventilsitz 17 gegen hohe Drücke das Dichtelement 15 nicht vom Dichtsitz 17 abhebt, sondern lediglich in die Länge streckt. Dieser Effekt ist bei der Ausgestaltung gemäß den Figuren 6 und 7 zum einen dadurch verhindert, dass die Geometrie durch den größeren Querschnitt verändert ist und somit eine Längenerstreckung des Dichtelementes 46 erschwert wird. Darüber hinaus wird das Dichtelement durch den Einstich 41 näher am Ventilsitz 17 im Ventilkörper 39 verankert, so dass auch hier einer entsprechenden Längenausdehnung durch die Elastizität des Dichtelementes 46 entgegengewirkt wird. Durch die Verankerung in dem Einstich 42 wird auch einer entsprechenden Längenausdehnung im bezogen auf den Ventilsitz 17 hinteren Bereich des Dichtelementes 46 entgegengewirkt.
Weiterhin ist in der Ausführung gemäß Figur 6 erkennbar, dass kein geschlossenes, sondern ein u-förmiges Jochblech 47 verwendet wird. Die Fixierung in axialer Richtung ist hierbei einerseits durch den Anschlag 48 des rohrförmigen Ventilgehäuses 3 am Jochblech 47 und andererseits durch eine Federscheibe 49 auf der dem Ventilgehäuse 3 gegenüberliegenden Seite des Jochblechs 47 verwirklicht. Die Montage geschieht demnach folgendermaßen. Zunächst wird das komplett montierte Ventil 1 in Richtung des Pfeils P bis zum Anschlag 48 des Gehäuses 3 an das Jochblech 47 in die Steuerspule eingeschoben. Anschließend wird von der gegenüberliegenden Seite her die Federscheibe 49 aufgeschoben. Diese Scheibe 49 verkrallt sich hierbei in dem entsprechenden Polschuh 4.
Ein erfindungsgemäßes Ventil ist mit einer äußerst kleinen Anzahl unterschiedlicher Teile zusammenzufügen, so dass die Fertigung insgesamt mit deutlich reduziertem Aufwand gegenüber bisherigen Ventilen möglich ist.
Bezugszeichenliste:
1
Ventil
2
Steuerspule
3
Ventilgehäuse
4
Polschuh
5
Polschuh
6
Führungshülse
7
Führungshülse
8
Ringmagnet
9
Ringmagnet
10
Jochblech
11
Bereich
12
Bereich
13
Ventilkörper
14
Ventilkammer
15
Dichtelement
16
Stirnseite
17
Ventilsitz
18
Fluidleitung
19
Schlauchtülle
20
Wulst
21
Bereich
22
Fluidleitung
23
Bohrung
24
Außengewinde
25
Wandung
26
Bohrung
27
Anschlagfläche
28
Radius
29
Abschrägung
30
Ringnut
31
Rippe
32
Kanal
33
Kontaktfläche
34
Bohrung
35
Verbreiterung
36
Verbreiterung
37
Stirnseite
38
Stirnseite
39
Ventilkörper
40
Bohrung
41
Einstich
42
Einstich
43
Wandung
44
Stirnseite
45
Stirnseite
46
Dichtelement
47
Jochblech
48
Anschlag
49
Federscheibe

Claims (19)

  1. Ventil zum Schalten einer Fluidleitung, insbesondere für wasserführende Haushaltsmaschinen wie Kaffeemaschinen oder dergleichen,
    mit einem wenigstens teilweise innerhalb einer elektromagnetischen Spule befindlichen Ventilgehäuse,
    wenigstens zwei Polen aus magnetisierbarem Material,
    zwischen denen ein wenigstens teilweise magnetischer oder magnetisierbarer Ventilkörper beweglich angeordnet ist,
    wobei wenigstens eine Fluidleitung durch einen Pol geführt ist und in einem ringförmig vorstehenden Ventilsitz ausmündet,
    und der Ventilkörper einen Bereich aus nachgiebigem Dichtmaterial zum dichtenden Formschluss am Ventilsitz aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    außerhalb des ringförmigen Ventilsitzes 17 eine Anschlagfläche (27) und
    zwischen dem Ventilsitz (17) und der Anschlagfläche (27) eine Vertiefung (30) zur Aufnahme von durch den Anpressdruck auf den Ventilsitz (17) verformtes Dichtmaterial vorgesehen ist.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (3) drehbar in der Spule (2) gelagert ist.
  3. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (3) wenigstens teilweise als Zylinderrohr ausgebildet ist.
  4. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Polschuhe (4, 5) Fluidleitungen (18, 22) umfassen.
  5. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (4, 5) aus dem Ventilgehäuse (3) stirnseitig herausragen.
  6. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (4, 5) Leitungsanschlüsse (19, 24) aufweisen.
  7. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (3) im Wesentlichen die gleiche Länge aufweist wie die Steuerspule (2).
  8. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung des Ventilsgehäuses (3) in der Spule (2) über außerhalb der Steuerspule (2) angeordnete Fixierelemente(11, 12) vorgesehen ist.
  9. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Jochbleche (11, 12) als Fixierelement vorgesehen sind.
  10. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Führungselement (6, 7) außerhalb des Ventilgehäuses (3) innerhalb der Steuerspule (2) angeordnet ist.
  11. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dass das Führungselement als Hülse (6, 7) ausgebildet ist.
  12. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels wenigstens einem Permanentmagnet (8, 9) bistabil ist.
  13. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (6, 7) den oder die Permanentmagnete (8, 9) fixiert.
  14. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Führungselemente (6, 7) vorgesehen sind, die zwei Permanentmagnete (8, 9) einschließen.
  15. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (8, 9) und die Führungselemente (6, 7) formschlüssig aneinander gefügt sind.
  16. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichselement für Fertigungstoleranzen der Magnete (8, 9) oder Führungselemente (6, 7) vorgesehen ist.
  17. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (8, 9) verformbar sind.
  18. Ventil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (8, 9) verformbare Vorsprünge aufweisen.
  19. Haushaltsmaschine, insbesondere Kaffeemaschine mit einer Fluidleitung und einem Ventil, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil gemäß einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildet ist.
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